211service.com
Bezplatná elektřina z nanogenerátorů
Dnešní přenosná elektronika (kromě samonatahovacích hodinek a radiopřijímačů) závisí na napájení baterií. Nyní výzkumníci prokázali, že snadno vyrobitelné a levné nanodrátky mohou sklízet mechanickou energii, což může vést k takovým pokrokům, jako jsou lékařské implantáty, které běží na elektřinu generovanou pulzujícími krevními cévami a mobilní telefony poháněné nanodrátky v podrážkách bot.
Graf zobrazující špičky elektrického výboje při skenování nanodrátů. (S laskavým svolením Zhong Lin Wang, Georgia Tech.)
Při chůzi generujete 67 wattů. Pohyb vašeho prstu je 0,1 wattu. Váš dech je jeden watt. Pokud dokážete převést zlomek z toho, můžete napájet zařízení. Z konceptu, který jsme předvedli, dokážeme převést 17–30 procent z toho, říká Zhong Lin Wang , profesor materiálové vědy na Georgia Tech a jeden z výzkumníků práce, publikované v časopise Věda .
Jejich výsledky potvrzují teorii: nanodrátky oxidu zinečnatého budou vykazovat silný piezoelektrický efekt, což je výroba elektřiny v reakci na mechanický tlak. Obvykle se kladné a záporné náboje iontů zinku a kyslíku v těchto krystalických nanovláknech vzájemně ruší. Ale když se dráty, které jsou chemicky pěstovány tak, aby stály na konci na elektrodě, ohýbaly v reakci například na vibrace, ionty jsou vytlačeny. Tím se naruší rovnováhu nábojů a vytvoří se elektrické pole, které vytváří proud, když je nanodrát připojen k obvodu.
[Pro ilustrace a obrázky klikněte sem.]
Ačkoli každý nanodrát sám o sobě produkuje velmi málo energie, říká Wang, se současným výstupem z mnoha nanodrátů můžeme generovat vysoký výkon, který stačí na provoz malého lékařského implantátu. Práce hlášeny v Věda zahrnovaly pouze jednotlivé nanodrátky, ale Wang říká, že jeho laboratoř již vyvinula technologii pro získávání energie z více nanodrátů.
Protože chemický proces, kterým lze dráty pěstovat, je levný, v určitém okamžiku může být praktické vyrábět velká pole, která jsou schopna poskytnout dostatek energie pro spotřební elektroniku. Můžeme je pěstovat na polymerních substrátech za velmi nízkou cenu, říká Wang. Naším cílem je jednoho dne dát tyto věci lidem do bot, abyste mohli vyrábět elektřinu při chůzi.
Než však bude možné vyvinout jakékoli zařízení poháněné nanodráty, výzkumníci budou muset najít způsoby, jak připojit všechny nanodráty k obvodům. To, říká Yi Cui , profesor materiálové vědy a inženýrství na Stanfordské univerzitě, bude výzvou, ale měla by být proveditelná. Wang skutečně odhaduje, že na základě jeho současného pokroku budou prototypy zařízení fungovat do pěti let.
Jednou z raných aplikací nanogenerátorů je poskytování energie pro glukózový senzor implantovaný pod kůži paže. Takový senzor by přenášel hodnoty krevního cukru do náramkových hodinek a, říká Cui, jednoho dne by senzorový implantát mohl v případě potřeby automaticky uvolňovat inzulín.
Piezoelektrické materiály se často používají v zařízeních v mikroměřítku. Co je na této aplikaci nového, je snadnost, s jakou lze nanogenerátory vyrábět v nanoměřítku, říká Jun Liu , výzkumník v Pacific Northwest National Laboratory. Takové tenké dráty mohou být ohnuty více než objemný oxid zinečnatý, aniž by se zlomily – což umožňuje vyvinout větší napětí, a tak vyrobit více elektřiny. Myslím, že je to velmi významný kus práce, říká Liu. [Wang] udělal věci, o kterých lidé tušili, že jsou možné, ale nikdy nefungovaly.